[区块链] 拜占庭将军问题 [BFT]

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背景:

  拜占庭将军间题报告 所以 人机会听过,但我想知道具体是哪些地方意思。那么究竟哪些地方是拜占庭将军间题报告 呢? 本文从最通俗的故事讲起,并对该间题报告 进行抽象,并告诉亲戚亲戚亲戚那么人歌词 歌词 都都拜占庭将军间题报告 为哪些地方在区块链领域作为有一一三个小重点研究间题报告 。

哪些地方是拜占庭将军间题报告 :

  “拜占庭将军间题报告 ”也被称为“拜占庭容错”。

  拜占庭将军间题报告 是Leslie Lamport(2013年的图灵讲得住)用来为描述分布式系统一致性间题报告 (Distributed Consensus)在论文中抽象出来有一一三个小著名的例子。

  四种 例子大意是却说的:

  拜占庭帝国我想要进攻有一一三个小强大的敌人,为此派出了10支军队去包围四种 敌人。四种 敌人虽不比拜占庭帝国,但也足以抵御5支常规拜占庭军队的一起去袭击。这10支军队在分开的包围状况下一起去攻击。亲戚亲戚那么人歌词 歌词 都都任一支军队单独进攻都毫无胜算,除非有相当于6支军队(一半以上)一起去袭击都还可否攻下敌国。亲戚亲戚那么人歌词 歌词 都都分散在敌国的四周,依靠通信兵骑马相互通信来协商进攻意向及进攻时间。困扰哪些地方地方将军的间题报告 是,亲戚亲戚那么人歌词 歌词 都都不选择亲戚亲戚那么人歌词 歌词 都都中不是有叛徒,叛徒机会擅自变更进攻意向机会进攻时间。在四种 状况下,拜占庭将军们都还可否保证有多于6支军队在同一时间一起去发起进攻,从而赢取战斗? 

注:“  拜占庭将军间题报告 中何必 去考虑通信兵不是会被截获或无法传达信息等间题报告 ,即消息传递的信道绝无间题报告 。Lamport机会证明了在消息机会丢失的不可靠信道上试图通过消息传递的妙招达到一致性是不机会的。所以 ,在研究拜占庭将军间题报告 的随后 ,机会假定了信道是那么间题报告 的。 ”


 通俗分析:

  单从里边的说明机会无法理解四种 间题报告 的繁复性,亲戚亲戚亲戚那么人歌词 歌词 都都来简单分析一下:

  先看在那么叛徒状况下,假若有一一三个小将军A提有一一三个小进攻提议(如:明日下午1点进攻,你我想要加入吗?)由通信兵通信分别告诉或多或少的将军,机会幸运中的幸运,他收到了或多或少6位将军以上的同意,发起进攻。机会不幸,或多或少的将军也在此时发出不同的进攻提议(如:明日下午2点、3点进攻,你我想要加入吗?),机会时间上的差异,不同的将军收到(并认可)的进攻提议机会是不一样的,这是机会总出 A提议有三个小支持者,B提议有有一一三个小支持者,C提议有有一一三个小支持者等等。

  加进或多或少繁复性,在有叛徒状况下,有一一三个小叛徒会向不同的将军发出不同的进攻提议(通知A明日下午1点进攻, 通知B明日下午2点进攻等等),有一一三个小叛徒也会机会同意多个进攻提议(即同意下午1点进攻又同意下午2点进攻)。

  叛徒发送前后不一致的进攻提议,被称为“拜占庭错误”,而都都还可否防止拜占庭错误的四种 容错性称为「Byzantine fault tolerance」,简称为BFT。


间题报告 抽象:

  求解拜占庭将军间题报告 ,隐含要满足以下有一一三个小条件:

  1)每个忠诚的将军前要收到相同的命令值vi(vi是第i个将军的命令)。

  2)机会第i个将军是忠诚的,那么他发送的命令和每个忠诚将军收到的vi相同。

  于是,拜占庭将军间题报告 的还可否描述为:有一一三个小发送命令的将军要发送有一一三个小命令给其余n-有一一三个小将军,使得:

  IC1.所有忠诚的接收命令的将军遵守相同的命令;

  IC2.机会发送命令的将军是忠诚的,那么所有忠诚的接收命令的将军遵守所接收的命令。

  Lamport对拜占庭将军间题报告 的研究表明,当n>3m时,即叛徒的个数m小于将军总数n的1/3时,通过口头同步通信(假设通信是可靠的),还可否构造一起去满足IC1和IC2的防止方案,即将军们还可否达成一致的命令。但机会通信是可认证、防篡改伪造的(如采用PKI认证,消息签名等),则在任意多的叛徒(相当于得有有一一三个小忠诚将军)的状况下都还可否找到防止方案。

  而在异步通信状况下,状况就那么那么乐观。Fischer-Lynch-Paterson定理证明了,假若有有一一三个小叛徒存在,拜占庭将军间题报告 就无解。翻译成分布式计算语言,在有有一一三个小多多线程 异步系统中,假若有有一一三个小多多线程 不可靠,那么就不存在有一一三个小协议,此协议能保证有限时间内使所有多多线程 达成一致。

  由此可见,拜占庭将军间题报告 在有一一三个小分布式系统中,是有一一三个小非常有挑战性的间题报告 。机会分布式系统还可否了依靠同步通信,假若性能和速度将非常低。假若寻找四种 生活实用的防止拜占庭将军间题报告 的算法一有一一三个小劲是分布式计算领域中的有一一三个小重要间题报告 。

在这里,亲戚亲戚亲戚那么人歌词 歌词 都都先给出分布式计算富含关拜占庭存在问题和故障的有一一三个小定义:

  定义1:拜占庭存在问题(Byzantine Fault):任何观察者何必 同深度图看,表现出不同症状的存在问题。

  定义2:拜占庭故障(Byzantine Failure):在前要共识的系统中机会拜占庭存在问题原因丧失系统服务。 

  在分布式系统中,前要所有的存在问题或故障都能称作拜占庭存在问题或故障。像死机、丢消息等存在问题或故障还可否了算为拜占庭存在问题或故障。拜占庭存在问题或故障是最严重存在问题或故障,拜占庭存在问题有不可预测、任意性的存在问题,你是什么遭黑客破坏,中木马的服务器却说有一一三个小拜占庭服务器。

  在有一一三个小有拜占庭存在问题存在的分布式系统中,所有的多多线程 前要有一一三个小初始值。在四种 状况下,共识间题报告 (Consensus Problem),却说要寻找有一一三个小算法和协议,使得该协议满足以下有一一三个小属性。

  1)一致性(Agreement):所有的非存在问题多多线程 都前要同意同有一一三个小值。

  2)正确性(Validity):机会所有的非存在问题的多多线程 有相同的初始值,那么所有非存在问题的多多线程 所同意的值前却说同有一一三个小初始值。

  3)可开始英语 英语 英语 性(Termination):每个非存在问题的多多线程 前要最终选择有一一三个小值。

  根据Fischer-Lynch-Paterson的理论,在异步通信的分布式系统中,假若有有一一三个小拜占庭存在问题的多多线程 ,就不机会找到有一一三个小共识算法,可一起去满足上述要求的一致性、正确性和可开始英语 英语 英语 性要求。在实际状况下,根据不同的假设条件,有所以 不同的共识算法被设计出来。哪些地方地方算法各有优势和局限。算法的假设条件有以下几种状况:

  1)故障模型:非拜占庭故障/拜占庭故障。

  2)通信类型:同步/异步。

  3)通信网络连接:节点间直连数。

  4)信息发送者身份:实名/匿名。

  5)通信通道稳定性:通道可靠/不可靠。

  6)消息认证性:认证消息/非认证消息。


中本聪的防止方案:

  在总出 比特币随后 ,防止分布式系统一致性间题报告 主却说Lamport提出的Paxos算法或其衍生算法。Paxos类算法仅适用于中心化的分布式系统,却说的系统的那么不诚实的节点(不让发送虚假错误消息,但允许总出 网络不通或宕机总出 的消息延迟)。

  中本聪在比特币中创造性的引入了“工作量证明(POW : Proof of Work)”来防止四种 间题报告 ,有兴趣可进一步阅读工作量证明(猛击!)。

  通过工作量证明就增加了发送信息的成本,降低节点发送消息速度,却说就以保证在有一一三个小时间还可否了有一一三个小节点(或是很少)在进行广播,一起去在广播不会附上本人的签名。

  四种 过程就像一位将军A在向或多或少的将军(B、C、D…)发起有一一三个小进攻提议一样,将军B、C、D…看后将军A签过名的进攻提议书,机会是诚实的将军就会立刻同意进攻提议,而不让发起本人新的进攻提议。

  以上却说比特币网络中是单个区块(账本)达成共识的妙招(取得一致性)。

  理解了单个区块取得一致性的妙招,那么整个区块链(总账本)机会达成一致也好理解。

  亲戚亲戚亲戚那么人歌词 歌词 都都稍微把将军间题报告 改一下:

  假设攻下有一一三个小城堡前要多次的进攻,每次进攻的提议前要基于随后 最多次数的胜利进攻下提出的(还可否了却说敌方已有损失最大,我方进攻胜利的机会性就更大),却说约定随后 ,将军A在收到进攻提议时,就会检查一下四种 提议是前要基于最多的胜利提出的,机会前要(基于最多的胜利)将军A就不让同意却说的提议,机会是的,将军A就会把这次提议记下来。这却说比特币网络最长链选择 (猛击!)


 经济学分析

  工作量证明着实相当于提高了做叛徒(发布虚假区块)的成本,在工作量证明下,还可否了第有一一三个小完成证明的节点都还可否广播区块,竞争难度非常大,前要很高的算力,机会不成功其算力就很硬耗费了(算力是前要成本的),机会有却说的算力作为诚实的节点,同样也还可否获得很大的收益(这却说矿工所作的工作),这也实际就不让有做叛徒的动机,整个系统也假若而更稳定。

  矿工挖矿获得比特币奖励以及记账所得的交易费用使得矿工更希望维护网络的正常运行,而任何破坏网络的非诚信行为不会损害矿工自身的利益。假若,即使或多或少比特币矿池具备强大的算力,它们都那么作恶的动机,反而有动力维护比特币的正常运行,机会这和它们的切实利益相关。

  注:原始的拜占庭容错系统机会前要展示其理论上的可行性而存在问题实用性另外,还前要额外的时钟同步机制支持算法的繁复度也是随节点增加而指数级增加。实用拜占庭容错系统(PBFT)(猛击!)降低了拜占庭协议的运行繁复度,从指数级别降低到多项式级别(Polynomial),使拜占庭协议在分布式系统中应用成为机会。

总结:共识算法的核心却说防止拜占庭将军间题报告 (分布式网络一致性间题报告 )。


 REFERENCE

  1. Lamport L,Shostak R,Pease M.The Byzantine generals problem.ACM Trans.on Programming Languages and Systems,1982,4(3):382-401.

  2. Fischer,M.J.,Lynch,N.A.,Paterson,M.:Impossibility of distributed consensus with one faulty process.J.ACM 32(2),374-382(1985).
  3. 《区块链技术指南》邹均,张海宁,唐屹,李磊 著

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